JPS62285118A - 圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体圧力制御装置に係り、特に圧力流体によ
り作動するアクチュエータの流体供給側および排出側に
設けた・電磁弁を操作してアクチュエータへの供給圧力
を制御する圧力制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、単動形シリンダのようなアクチュエータを作動さ
せる圧力制御装置としては、例えば１９８３年１１月７
日発行の日経メカニカル９４頁〜９９頁に記載のように
、電−空比例弁を、アクチュエータへの流体供給側およ
び排出側に配置し、その中間圧力を制御するものがある
。この装置は電記的な補償を適切に行うことにより、高
い精度で、空気圧の制御を行うことが可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、弁のラップ量の調整について配慮が
されていないため、弁に対し０ラツプ特性を作るのが難
かしく、また電気的な補償により０ラツプ特性ができた
場合であっても、弁の劣化あるいは交換により弁のラッ
プ特性がずれてしまい、作動特性が変化するという問題
があった。

本発明は、弁のラップ特性を自動的に設定し、アクチュ
エータの作動特性を維持することができる圧力制御装置
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は、単動形シリンダのようなアクチ
ュエータへの流体供給側と流体排出側とに、それぞれ１
個ないし複数個の流体制御電磁弁を配置し、前記電磁弁
の駆動電流を圧力目標信号の関数として与え、前記電磁
弁の弁開度を各々操作して、アクチュエータへの流体圧
力を圧力目標信号に追従させる制御を行なう圧力制御装
置において、前記圧力目標信号を徐々に上昇させ前記圧
力目標信号の１点ないし複数点での流体圧力値を記憶す
る計測および記録手段と、前記圧力目標信号を徐々に下
降させ、前記圧力目標信号の１点ないし複数点での流体
圧力値と、前記手段により記憶されている流体圧力値と
を比較演算する演算手段と、前記演算手段より得られた
結果より、前記駆動電流に補正を行なう補正手段を備え
ることにより達成される。

〔作用〕

本装置は、圧力値を記憶しながら、圧力目標信号を、上
昇および下降させ、同一の圧力目標信号での圧力値の差
即ちヒステリシスの幅を一点ないし複数点で求める。こ
のヒステリシスの幅の大きさにもとづいて、駆動信号に
対してヒステリシス幅を下げるような補償を行ない、弁
をゼロラップ特性に維持する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の圧力制御装置の一実施例を備えたエ
アシリンダ装置を示すもので、この図において、１０１
は、位置目標値信号発生器で、位置目標値ｒを出力する
ものであり、例えばマイクロコンピュータである。１０
２は増幅器であり、本実施例では位置目標値ｒを圧力目
標値ｆ’ｐに変換するものである。１０３は減算器であ
り、圧力目標値ｒ、および圧力帰還量すより圧力誤差信
号ｅｐ　を演算し、出力する。１０４はオフセット信号
設定装置であり、切換え信号Ｒｏを出力し、切換スイッ
チ１１１および切換スイッチ１１２を切り換える。また
、ｉｉ磁弁試験信号ｒ　ｔｏｓｔを出力し、この時の圧
力帰還信号の挙動を監視することにより、流体供給側お
よび流体排出側のオフセット（３号Ｏｆ　ｕおよびＯｆ
　＋、を演算し、出力する。１０５Ｕは減算器であり、
供給側オフセット信号Ｏｆ　ｕより圧力誤差信号ｅ、を
減じ供給側弁開度信号Ｓυを出力する。１０５Ｑは加算
器であって圧力誤差信号ｅｐに対し、排出側オフセット
信号○ｆ１を加え、排出側弁開度信号Ｓ１を出力する。

１０６ｕおよび１０６Ｑは増幅器であり、供給側および
排気側弁開度信号ＳＬＩ　、　Ｓｔに比例した供給側お
よび排気側電磁弁駆動電流ｉＵ、ｉｔ　を出力する。１
０７Ｕおよび１０７．は、電磁弁であり駆動電流ｉυ、
　ｉｎにより発生した電磁力と、電磁弁に加わる圧力の
差とのつり合いで、弁開度が決定する動作を行なうノー
マルオーブン弁である。１０８は圧力流体供給源であり
、本実施例では、Ｐｓなる空気圧を出力するものである
。

１０９は圧力検出器であり、圧力Ｐを検出し、これを圧
力帰還信号すとして出力する。１１０は単動形の７クチ
ユエータであり１本実施例ではばねによる反力発生手段
を有するエアシリンダであり、空気圧力に比例した変位
を得ることができる。

１１１および１１２は切換スイッチであり、切換信号Ｒ
ｏによりスイッチの切換えが行われ、スイッチ１１１は
位置目標値信号ｒと電磁弁試験信号ｒ　Ｌｅｓｔとを切
換え、またスイッチ１１２は圧力帰還信号すを減算ｍ　
１０３に導くかまたはオフセット信号設定装置Ｅ１０４
に導くかの選択を行う。

第２図は本発明に用いるオフセット信号設定装置の詳細
を示したものである。この図において、２０１は演算制
御装置であり、本オフセット信号設定装置の制御演算を
行う、２０２はデイジタル信号をアナログ信号に変換す
るＤ／Ａ変換器であり、データバスによって与えられる
ディジタル信号をアドレスの情報に従って供給側オフセ
ット信号Ｏｆｕ、排出側オフセット信号ｏｆａ、電磁弁
試験信号ｒ　ｔｔｓｓｔにそれぞれ変換し、出力する。

２０３はアナログ信号をディジタル信号へ変換するＡ／
Ｄ変換器であり、圧力帰還信号すをディジタル信号へ変
換して、データバス上へ取り込む。

２０４は記憶装置であり、例えばＲＯＭ、ＲＡＭにより
構成されオフセット信号設定手段等が記憶されている。

２０５はリレー出力であり、切換信号ＲＯにより、スイ
ッチ１１１およびスイッチ１１２を駆動する。２０６は
コンソールであり。

例えばＬＥＤ表示器と１個ないし複数個のスイッチを備
えており、マンマシンインターフェースを構成している
。

次に、上述した本発明の装置の一実施例の動作を説明す
る。

通常動作時、スイッチ１１１は位置目標値発生Ｂ１０１
側に、またスイッチ１１２は減算器１０３側に切換えら
れている０位置目標値信号発生器１０１は位置目標値信
号ｒを作り出す６位置目標値信号ｒは増幅器１０２によ
り圧力目標値信号ｒ’ｐに変換され本発明の圧力制御装
置に対しての目標値となる。圧力目標値信号ｒｐは減算
器１０３により、圧力目標値ｒＰから圧力帰還量すを減
算するための演算がなされ、圧力帰還信号ｅｐ　となり
、供給側における減算器１０５ｕと排出側における加算
器１０５Ｑに各々供給される。

減算器１１１は○ｆｕ　　ｅｐの演算、加算器１１２は
Ｏｆ　ａ　＋　ａ　ｐの演算をそれぞれ行い、供給側弁
開度信号Ｓυおよび下流側弁開度信号Ｓ、を作成する。

更に、弁開度信号ＳυおよびＳ、は、供給側および排出
側の増幅器１０６ｕ、１０６Ωによって信号Ｓｕ、ＳΩ
に比例した電磁弁駆動電流ｉｕ。

ｉｔに変換され、供給側および排出側の電磁弁１０７ｕ
および１０７Ｑを駆動する６尚、この電磁弁は、それぞ
れ、弁に加わる圧力が供給圧Ｒｓの時、駆動電流１Ｕ１
ｉｔが最大値ｉ　ｕｍａｘ　、　ｉ　ｔｌｌｌａＸで、
弁開度が零になり、この最大の駆動電流は。

弁開度信号ＳυおよびＳ−の最大値Ｓ　ｕ＋ｍａｘ　。

Ｓｔｍａｘが、増幅器１０６ｕ、１０６Ｑにより変換さ
れた値である。このことから、電磁弁の差圧と、電磁弁
が完全に閉じる為の弁開度信号の関係は、第３図に示す
ものとなる。

次に、誤差信号を増減させた場合の制御圧力の挙動につ
いて述べる。第１図に示した装置において、オフセット
信号をＯｆυ＝○１＝ｏｆと設定し、各電磁弁の特性が
等しい即ちＳｕｍａｘ＝　Ｓｎｍａｘと仮定すると、圧
力誤差信号に対する供給側および排気側の弁開度信号は
、第４図に示すものとなる。更に、第３図に示した差圧
と、弁開度信号の関係より、圧力誤差信号に対する弁が
完全に閉じる為の差圧の最大値は、第５図１こ示すもの
となる。

ここで、制御圧力Ｐと差圧との関係は、排気側において
は、差圧ΔＰ　ｍ　＝　Ｐ　　Ｐ　＊　、ただし、Ｐ、
は大°気圧と等しくΔＰえ＝Ｐとなり、供給側において
は、差圧ΔＰｕ＝Ｐｓ−Ｐ　（Ｐｓは供給圧）となり、
第５図に示す関係から、誤差信号ｅに対する制御圧力Ｐ
は、第６図に示す点線と実線の範囲の適当な値をとり、
圧力誤差信号先負゛から正へと変化させ、更に負の値に
戻した時、第７図に示すヒステリシスループが表われる
。このヒステリシスループの幅は、オフセット信号の大
きさに依存し、オフセット信号が大きいとヒステリシス
幅が大きくなる。逆にオフセット信号を小さくして行く
と、ヒステリシスの幅が小さくなり、ついには零となる
が、オフセット信号を極端に小さくすると、無駄な空気
がたえず２つの弁を通して空気中に放出され、その量は
、オフセット信号の減少に伴なって増大する。そこで、
精度が高く、また空気消費量の小さい高性能の圧力制御
装置を実現するには、このオフセット信号を、ヒステリ
シスの幅が零に近い値になるように設定する必要があり
、本発明は、それを自動的に行なうものである。

本発明は、第９図に示す圧力特性を測定し、その補正を
行なうものであり、その動作は圧力誤差信号ｅＰをｅｏ
からΔｅきざみで徐々にｅ　１ｌａｘまで上昇させ、次
にΔｅさざみでｅｏまで下降させる。この時の制御圧力
Ｐのヒステリシスの幅の最天領あるいは平均値が、許容
誤差εの範囲外であれば供給側および排気側のオフセッ
ト信号を減じ、再びヒステリシス幅の測定動作を行なう
、このようにして、ヒステリシスの幅を、許容ヒステリ
シス幅Ｅの範囲に収めるよう自動調整するものである。

第８図は１以上の動作を流れ図に示したものであり、以
下に第８図の手順を説明する。

まず、手順８０１でオフセット信号設定装置１０４は、
コンソール２０６からの指令により。

供給側および排出側のオフセット信号Ｏｆυ。

Ｏｆ　ｍ　をＯｆとする。このｏｆは、例えば、第３図
に示すｓ　ｕｍａｘの値であり、供給圧ｐｓが加えられ
ても、供給側、排気側の２つの電磁弁１０７ｕ。

１０７Ｑを通る無駄な空気の漏れがＯとなるような値で
ある。次に手順８０２により、圧力誤差信号８ｐにｅｏ
という値が代入される、このｅｏは、大きなマイナスの
値であり１例えば第４図中に示した８ｐｏの値である。

次に手順８０３により制御演算がなされ、供給側、排気
側電磁弁１０７ｕおよび１０７Ｑが駆動される。この場
合、第５図に示すように、供給側サーボ弁は、供給圧を
保持して閉じてしまうため、手順８０４の判断により、
制御圧力Ｐが大気圧Ｐａ　となるまで待つことになる。

次に手順８０５により、きざみ幅Δｅの演算が行なわれ
る。このａ　ｆｌＩａｘは、例えば、ｓｏの符号を反転
した正の値であり、ｎは分割数である。

このｎを大きくする程、ヒステリシス幅の詣定点の数が
増え、測定結果の信頼性は向上するのであるが、記憶装
置２０４の容量の制限から、十ないし数十の値を用いる
。

次に手順８０６から８１２によって、圧力誤差信号ｅｐ
を徐々に上昇させる。即ち、手順８０６により、ループ
カウンタｉをＯにセットする。手順８０７は、圧力誤差
信号ｅＦの値を定義しており、圧力誤差信号ｅｐは、ル
ープカウンタｉの増加に伴なって増加する１次に手順８
０８により制御演算がなされ、供給側、排気側電磁弁１
０７ｕおよび１０７Ｑが駆動される。次に手順８０９の
遅延動作により圧力の状態が定常状態になるまで待つ。

この時間は分割数ｎによって左右され、長時間待つのが
確実であるが数ないし数百ｍｓ程度の短時間とすること
により、ヒステリシス幅の測定時間を短縮できる６次に
、手順８１０により現在圧力値ＰをＰｌという記憶装置
２０４内の変数に格納する。このＰｔ　は、ｉ＝１から
ｎまで分割数だけ、用意されている。次に手順８１１に
より。

ループカウンタｉを１増やす。以上手順８０７から手順
８１１までの動作は、ループカウンタｉが分割数ｎより
大きくなるまで、手順８１２の判断によりｎ回くりかえ
される０次に手順８１３によりＤＰｍａｘを零とする。

このＤＰｍａｘは、記憶装置２０４内の変数の１つであ
り、本実施例では、ヒステリシスの幅の最大値を記憶す
るものである。

次に手順８１４により、ループカウンタｉを分割数ｎに
セットする０手順８１５から手順８１７までは、手順８
０７から手順８０９までと同様であり、圧力誤差信号を
更新し、制御演算を行ない供給側および排気側の電磁弁
１０７ｕおよび１０７Ｑを駆動し、更に定常状態になる
まで待つものであある。次に手順８１８により、手順８
１０で得られた圧力誤差信号上昇時の制御圧力値と、現
在の制御圧力値との差即ちヒステリシスの幅が求められ
、ＰＫに格納される０次に手順８１９により、ヒステリ
シスの幅ＰＬと最大値ＤＰｍａｘの比較が行なわれ、Ｐ
ｌの方が大きければ、手順８２０によりＤＰｍａｘの値
が更新される６手順８２１はループカウンタｉを１だけ
減らすものである。以上手順８１５から手順８２１まで
の動作は、ループカウンタｉが０より小さくなるまで、
手順８２２の判断によりｎ回くり返される０次に、手順
８２３により、ヒステリシス幅の最大値ＤＰｍａｘと、
許容ヒステリシス幅εとの比較を行ない、ＤＰｍａｘが
ε以上であれば１手順８２４および手順８２５により供
給側、排気側のオフセット信号Ｏｆ　ｕおよびＯｆ　ｍ
からｋだけ減する。このｋは、例えば第３図に示したＳ
ｕｍａｘを数ないし数十分割した値か、あるいは、ヒス
テリシス幅の最大値ＤＰｍａｘ　を数ないし数十分割し
た適当な値を用い、ｋが、小さければ小さい程、オフセ
ット信号○ｆｕ、Ｏｆｔの設定を高精度で行なえる反面
時間がかかるので、得ようとしている精度に応じて。

ｋの値を選択する０以上、手順８０６から８２２まで、
および手順８２４，８２５の動作は、ＤＰｍａｘがε以
下になるまでくりかえされる。

以上の補正動作により、圧力ヒステリシスの幅は、許容
ヒステリシス幅Ｅ以下に抑えることができ、圧力制御を
高精度で行なうことができる。

なお、本実施例では、ノーマルオープン型の電磁弁を用
い、使用流体は空気と限定していたが、ノーマルクロー
ズ型の電磁弁を用いても、空気以外の流体の制御を行う
場合であっても、また。

ＰＷＭ信号で電磁弁を駆動する場合であっても、本実施
例の既念によってヒステリシスの小さい高精度の圧力制
御が可能となり、更に、本実施例においては、ハードウ
ェアによる構成となっていたが１例えば加算器等一連の
制御演算等の処理装置を、コンピュータのソフトウェア
により実現することも可能である。また、アクチュエー
タとして、例えばゴム人工筋形のアクチュエータも用い
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来、弁１個１個の特性を測定し、そ
の補正を行っていたものと比較して、実装した状態で自
動的にヒステリシス幅の測定および駆動信号の補正が行
えるので、弁個々の詳しい特性、劣化等を考慮せずに電
磁弁を使用することができる。その結果、アクチュエー
タの作動特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の実施例を備えたシリンダ装置の
構成を示す図、第２図は第１図に示す実施例に用いるオ
フセット信号設定装置の構成図、第３図は、差圧に対し
て弁が完全に閉じる弁開度信号Ｓ　ｕ＋ｓａｘ　、　Ｓ
　ｍ１ｌｌａＸを示す図、第４図は圧力誤差信号１３ｐ
に対する弁開度信号Ｓｕ、Ｓ（１を示す図、第５図は圧
力誤差信号ＢＰに対して、弁が完全に閉じる差圧の最大
値を示す図、第６図は、圧力誤差信号８Ｐに対して制御
圧力の範囲を示す図、第７図および第９図は、ヒステリ
シスのある圧力特性を示した図、第８図は、ヒステリシ
ス幅の測定および補正手段を示す流れ図である。 １０１・・・位置目標値信号発生器、１０２・・・増幅
器、１０３・・・減算器、１０４・・・オフセット信号
設定装置、１０５ｕ・・・加算器、１０５Ω・・・減算
器、１０６＋ｉ、１０６１２・＝増幅器、１０７ｕ、１
０７Ｑ・・・電磁弁、１ｏ８・・・圧力流体供給源、１
０９・・・圧力検出手段、１１０・・・アクチュエータ
、１１１゜１１２・・切換スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、単動形シリンダのようなアクチュエータへの流体供
   給側と流体排出側とに、それぞれ１個ないし複数個の流
   体制御電磁弁を配置し、前記電磁弁の駆動電流を圧力目
   標信号の関数として与え、前記電磁弁の弁開度を各々操
   作して、アクチュエータへの流体圧力を圧力目標信号に
   追従させる制御を行なう圧力制御装置において、前記圧
   力目標信号を徐々に上昇させ、前記圧力目標信号の１点
   ないし複数点での流体圧力値を記憶する計測および記憶
   手段と、前記圧力目標信号を徐々に下降させ、前記圧力
   目標信号の１点ないし複数点での流体圧力値を計測する
   計測手段と、前記計測手段からの流体圧力値と、ある圧
   力目標信号におけるこれに対応する前記記憶手段に記憶
   されている流体圧力値とを比較して駆動電流補正量を演
   算する演算手段とからなるオフセット信号設定手段を備
   えたことを特徴とする圧力制御装置。